ThMn12-Legierungen mit komplexer Zusammensetzung als hartmagnetische Werkstoffe

• Antragsteller: Dr. Semih Ener; Dr. Tilmann Hickel
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562512116

Hartmagnetische Werkstoffe, die zur Herstellung von Dauermagneten benötigt werden, sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken und werden in vielen Bauteilen wie Motoren, Generatoren und Sensoren eingesetzt. Ein drängendes Problem ergibt sich jedoch aus der Tatsache, dass viele der etablierten hartmagnetischen Werkstoffe in hohem Maße von Elementen abhängig sind, die entweder knapp oder geografisch begrenzt sind. Diese Abhängigkeit von kritischen Elementen ist besonders problematisch bei Generatoren für Windturbinen und im Transportsektor, wo diese Werkstoffe schwierigen Bedingungen wie hohen Temperaturen und starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, die ihre Langzeitstabilität beeinträchtigen können. Zur Verbesserung der Nachhaltigkeit ist es daher von entscheidender Bedeutung, die kritischen Elemente durch weniger knappe Alternativen zu ersetzen bzw. unsere Abhängigkeit von diesen Elementen zu verringern. In unserem Projekt gehen wir diese gewaltige Herausforderung an, indem wir Legierungen mit komplexer Zusammensetzung (CCAs) verwenden. Diese bieten nicht nur eine größere chemische Flexibilität, sondern auch eine verbesserte Phasenstabilität im Vergleich zu den derzeit verwendeten Hartmagneten. Wir untersuchen insbesondere die Phasenstabilität von Werkstoffen des Typs ThMn12, indem wir die Erkenntnisse genauer theoretischer Vorhersagen und fortschrittlicher experimenteller Synthese- und Charakterisierungsverfahren kombinieren. Das Hauptziel dieses Projekts besteht darin, hartmagnetische Materialien zu identifizieren, zu entwickeln und zu untersuchen, die sowohl eine hohe Koerzitivkraft als auch Phasenstabilität aufweisen. Gleichzeitig sollten sie auf chemischen Kombinationen mit niedrigeren Kritikalitätsindizes basieren, wie z. B. Zusammensetzungen aus natürlich vorkommenden Erzen oder recycelten Materialien. Dafür verwenden wir einen kombinatorischen Ansatz mit vier Schlüsselstrategien: I) Anwendung von CCAPrinzipien zur Erforschung der Phasenstabilität hartmagnetischer ThMn12-Materialien, sowohl theoretisch als auch experimentell. II) Analyse des Einflusses verschiedener Legierungselemente, ihrer Konzentrationen und möglicher Wechselwirkungen auf die magnetischen Eigenschaften .III) Untersuchung der Auswirkungen von Prozessierungsparametern, einschließlich Erstarrungsmethoden, Verarbeitungswegen und Wärmebehandlung, auf die Mikrostruktur. IV) Entwicklung systematischer Workflows zur Ausführung, Automatisierung, Beurteilung und Verallgemeinerung des kombinierten Ansatzes, inkl. der Verknüpfung verschiedener Software-Tools und der Berücksichtigung externer Datenbanken. Durch die Nutzung des theoretischen und experimentellen Fachwissens der Projektleiter bietet die Anwendung der kombinatorischen Strategie nicht nur das Potenzial für nachhaltige, weniger kritische Hartmagnete, sondern auch als Sprungbrett für die Erforschung neuartiger funktioneller Materialien über den Bereich des Magnetismus hinaus.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen